JPH02307830A - 石英ガラス粉末の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は石英ガラス粉末の製造方法に関し、さらに詳し
く言うと、不純物の混入を避けることのできない機械的
粉砕工程か不要であり、たとえば、半導体工業用石英ガ
ラス製品、光通信用多成分ガラスの原料等の各種の用途
に好適に利用することのできる高純度の石英ガラス粉末
を、簡単な操作で効率良く得ることのできる石英ガラス
粉末の製造方法に関する。

［従来技術および発明が解決しようとする課題］たとえ
ば半導体工業用石英ガラス製品、光通信用多成分ガラス
等の原料である石英ガラス粉末には、高純度化の要請が
高まる一方である。

たとえば、近年、半導体素子の高集積化に伴い超高純度
のシリコン単結晶の要求か高まり、その製造用ルツボの
高純度化が求められている。

ところで、従来の半導体単結晶引き上げ用ルツボは、天
然石英の溶融粉砕品をカーボンアーク炉中て焼き上げる
ことにより製造されている。

しかしながら、この方法において原料に使用される天然
石英の溶融粉砕品においては、天然石英中に含まれる不
純物や粉砕工程で使用するアルミナボールミルに由来す
るアルミニウム等の不純物の混入が避けられない。

したがって、この原料粉末を用いて製造したルツボには
１通常、１Ｏｐｐ職程度のＡ文、数ｐｐｍ程度のＦｅ、
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎａ、Ｃａ、に、１０分の数ｐｐｍ程度の
Ｂ、Ｃｕ、Ｎｉ等の不純物が含まれており、このような
ルツボな用いてシリコン単結晶を引き上げると、ルツボ
中の不純物が単結晶中に移行するので、超高純度のシリ
コン単結晶を得ることはできない。

また、半導体ウェハーの熱処理工程に用いられる炉芯管
等には、高純度の透明石英ガラス管が要求される。

しかしながら、従来の透明石英ガラス管は、アルミニウ
ム、アルカリ等の微量不純物を含有する天然水晶を原料
に用いて形成されているので、従来の透明石英ガラス管
にもこれらの微量不純物が含まれている。

したがって、従来の透明石英ガラス管においては、不純
物に起因する熱変形や失透を避けることができないとい
う問題がある。

また、一般に、石英ガラス材における熱変形や失透は、
不純物にアルカリ金属が存在する場合に！ｒｌ著に現れ
ることが知られており、原料粉末の高純度化が求められ
ている。

さらに、天然石英や合成石英を機械的に粉砕すると、半
導体工業用石英ガラス製品、特に、石英ルツボな形成す
るための原料粉末として好ましい粒度である７５μｍか
ら３０ＯＪＬｍの粉末は５０％以下しか得られず、残り
は７５ｇ、ｍ以下の微粉末になってしまうという問題も
ある。

本発明の目的は、こうした従来法の問題点を解消し、産
業上の需要を満たすべく、高純度石英ガラス粉末を効率
良く製造するための新規技術を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 前記課題を解決するために、本発明者等が鋭意検討を重
ねた結果、珪酸エステルと特定量の水との混合溶液に、
特定の粒径な有するとともに特定量の珪酸質粒子の分散
された分散液をゲル化させ、得られたゲルを乾燥すると
、乾燥中にゲルが容易に粉末化すること、およびこのシ
リカゲル粉末を焼成すると、破砕状の高純度合成石英ガ
ラス粉末か得られることを見い出して、本発明に到達し
た。

本発明の構成は、珪酸エステルと前記珪酸エステル中の
アルコキシ基の０．５倍当量以上の水との混合溶液に１
粒径４００ｐｍを超える粒子の含有率か１０重量％未満
であり、かつ粒径２０＃Ｌｍ未満の粒子の含有率が５０
重量％未満であるとともに、使用に供される前記珪酸エ
ステルと同量の珪酸エステルを焙焼したときに生成する
シリカ重量に対して１０重量％以上の珪酸質粒子の分散
された分散液をゲル化させた後、ゲルを乾燥し、その後
、焼成することを特徴とする石英ガラス粉末の製造方法
である。

以下に、本発明の製造方法について詳述する。

■珪酸エステルの種類 メチルシリケート、エチルシリケート、およびプロピル
シリケートの他、酸またはアルカリの共存下で水と溶液
を形成し得るものは全て使用できるが、アルコキシ基の
炭素原子数が１〜３のものは特に好適に使用することが
できる。アルコキシ基の炭素原子数が１〜３の珪酸エス
テルは、加水分解が速やかに進行するからである。

■水の使用量など 本発明の方法においては、前記珪酸エステル中のアルコ
キシ基の０．５倍当量以上、好ましくは２〜ｌＯ倍当量
、さらに好ましくは２〜５倍当量の木を使用する。

また、前記水の使用量が前記珪酸エステル中のアルコキ
シ基の０．５倍当量未満であると、加水分解が不充分に
なり、焼成すると残留するアルコキシ基が炭化して製品
が黒色を帯びることがある。

なお、使用に供される前記水としては、充分に精製した
ものが好ましい。

また、本発明の方法においては、前記水とともに触媒を
使用することができる。

好適に使用することのできる前記触媒としては、前記珪
酸エステルと前記水との混合溶液のＰＨを変動させるこ
とのできるものであれば特に制限はなく、具体的には、
酸、アルカリを挙げることができる。

前記酸の中でも、好ましいのは、硝酸、シュウ酸、酢酸
である。

前記アルカリの中でも、好ましいのは、アンモニア、ト
リエチルアミン、エチレンジアミンである。

いずれにせよ、前記触媒を用いた場合、前記珪酸エステ
ルと前記水との混合溶液のｐＨについては、特に制限は
ないが、前記珪酸エステルの加水分解を速やかに進行さ
せるために好ましいｐＨの範囲は１通常、３〜１０であ
る。

■珪酸質粒子 前記珪酸エステルと前記水との混合溶液に添加する珪酸
質粒子は、その粒径が４００ｐｍを超えるものの含有率
が１０重量％以下であり、かつ粒径が２０ＪＬｍ未渦の
ものの含有率が５０重量％未満、好ましくは粒径が３０
０４　ｍを超えるものの含有率が１Ｏｆｆｉ量％以下で
あり、かつ粒径が２０ｇｍ未満のものの含有率が３０重
量％未満であることが必要である。この珪酸質粒子の粒
径が４００ｕＬｍを超えるものの含有率が１０重量％以
上であったり、粒径か２０１Ｌｍ未満のものの含有率が
５０重量％以上でありたりすると、得られる石英ガラス
粉末中に、粒径：１００ｇｍを超える粒子が増加し、特
に１石英ルツボな形成するための原料粉末として好まし
い粒度である７Ｓ７ｚｍから３００ｇｍの粉末の収率か
低下することがある。

また、前記珪酸質粒子の使用割合は前記珪酸エステルと
同量の珪酸エステルを焙焼したときに生成するシリカ重
量に対して１０重量％以上、好ましくは２０重量％以上
であることか必要である＊　１１１１記珪酸エステルと
同量の珪酸エステルを焙焼したときに生成するシリカ重
量に対する前記珪酸質粒子の使用割合が１０重量％未満
であると、石英ガラス粉末の収率が著しく低くなること
かある。

使用に供される前記珪酸質粒子としては、シリカゲル、
合成シリカ粉末、天然石英粉等が使用できる。特に、高
純度の石英ガラス粉末を得るためには未決により合成さ
れた合成石英ガラス粉末のうち、分級後の１００μｍ以
下の粒子を再利用することか好ましい。

■珪酸質粒子の分散及びゲルの乾燥方法本発明の方法に
おいては、前記珪酸エステルと前記水との混合溶液を、
たとえば容器回転型の乾燥機（例：ロータリーエバボレ
ーター）に収め。

これに粒径４００ｇｍを超える粒子の含有率が１０重量
％未満であり、かつ粒径２０７ｚｍ未満の粒子の含有率
が５０重量％未満であるとともに、前記珪酸エステルと
同量の珪酸エステルを焙焼したときに生成するシリカ重
量に対して１０重量％以上の前記珪酸質粒子を添加した
り、前記珪酸エステルまたは前記水に前記珪酸質粒子を
添加したものを前記乾燥機に収めた後、前記水または前
記珪酸エステルを添加したりして、好ましくは２０〜６
０℃で加熱することにより、珪酸質粒子の分散及びゲル
化を行なう。

このとき、前記珪酸質粒子を前記珪酸エステルと前記水
との混合溶液中に良く分散することか重要である。前記
珪酸質粒子の分散か充分てないと、得られる石英ガラス
粉末の粒度分布かシャープではなくなることがある。

本発明の方法においては、次いて、生成したゲルの乾燥
を行なう。

乾燥温度は、通常、　１００°Ｃ以上であり、たとえば
乾燥機を所定の温度に加温することによりゲルを乾燥さ
せる。

■焼成温度、時間 本発明における焼成温度は、いわゆるゾルゲル法におけ
る焼成温度と同様、１０００℃以七であればよく、焼成
時間は、通常、１時間以上である。

■その他 以上のようにして得られる合成石英ガラス粉末の形状は
破砕状であり、半導体工業用石英ガラス製品、特に、石
英ルツボの原料に好適に利用することがてきる。また、
高純度品でもあるため光通信用多成分ガラス等の原料と
しても利用可能である。

［実施例］ 次いで１本発明の実施例および比較例を示し。

本発明についてさらに具体的に説明する。

（実施例１） テフロン被覆攪拌羽を取り付けた三ツロガラスフラスコ
に、メチルシリケート３０４４　ｇを収め、温度２０℃
の条件下で２時間かけてイオン交換水４：１２０　ｇを
加えることにより加水分解を行った。

その後、この加水分解液をロータリーエバポレーター用
フラスコに移し、粒径１５０ｐｍを超える粒子の含有率
が３重量％であり、かつ粒径２０ｇｍ未満の粒子の含有
率が２５重量％Ｃ平均粒径約６０１Ｌｍ）である石英ガ
ラス粉末２４０ｇを加え、温度４０℃でロータリーエバ
ポレーターを回転させ。

石英ガラス粉末の良く分散したゲルを得た。　さらにこ
のゲルを、温度１５０℃、圧力１００冒■Ｈｇの条件下
で減圧乾燥処理した。

このようにして得た乾燥ゲルは、乾燥中に壊れて粉末化
し最大粒径３５０　ｈ　ｍ　、平均粒径２１４ｇｍてあ
った。

この粉末状のゲルを石英ガラス製ルツボに移し、電気炉
中で温度１０５０℃、４時間焼成して破砕状の合成シリ
カ粉末を得た。

得られた合成シリカ粉末を、さらにふるいにより分級し
、ルツボ形成に好適な７５ＪＬ１１１から３００４ｍの
粒径な有する合成シリカ粉末を得た。加水分解に使用し
たメチルシリケートから生成するシリカを基準にしたと
きの収率は７４％であった。

このシリカ粉末についてＸＭ回折を行なったところ、Ｘ
線回折パターンには水晶等の結晶性ピークが見られず、
通常の石英ガラス同様にブロードて、得られた粉体は石
英ガラスであることか確認された。また、不純物の含有
量を調べるために発光分光分析を行った。

天然品と本実施例で得られた粉末の分析結果を表１に示
す。

（本頁、以下余白） （実施例２） 前記実施例１において、メチルシリケート３０４４　ｇ
に代えてエチルシリケート４１６６ｇを用いたほかは、
前記実施例１に′おけるのと同様に処理して乾燥ゲルを
得た。

得られた乾燥ゲルの最大粒径は３５０ｐｍ、平均粒径は
２３２終ｍであった。

この粉末状のゲルを、前記実施例１におけるのと同様に
して電気炉中で焼成して破砕状の石英ガラス粉末を得た
。

得られた石英ガラス粉末を、更にふるいにより分級し、
７５μｍから３００μｍの粒径な有する合成石英ガラス
粉末を得た。加水分解に使用したエチルシリケートから
生成するシリカを基準にしたときの収率は７９％であっ
た。

（実施例３） 前記実施例１において、硝酸を添加してｐｔ＋３に調節
したイオン交換水を用いたほかは、前記実施例１におけ
るのと同様に処理して乾燥ゲルな得た。

得られた乾燥ゲルの最大粒径は３５０７ｚｍ、平均粒径
は２１６μｍてあった。

得られた乾燥ゲルを、前記実施例１におけるのと同様に
して電気炉中で焼成して破砕状の石英ガラス粉末を得た
。

この破砕状の石英ガラス粉末を、更に分級して、７Ｓｐ
ｍから３００μｍの粒径な有する合成石英ガラス粉末を
得た。加水分解に使用したメチルシリケートから生成す
るシリカを基準にしたときの収率は７６％であった。

（比較例１） 前記実施例１において、加水分解液に石英ガラス粉末を
加えなかったほかは、前記実施例１におけるのと同様に
処理して乾燥ゲルを得た。

得られた乾燥ゲルは粒状てあり粉末化せず、その平均粒
径は３−■と非常に大きなものであった。

この粒状のゲルを、前記実施例１におけるのと同様に電
気炉中で焼成して粒状の石英ガラスを得た。

この粒状の石英ガラスを分線して７５ｇ、ｍから３００
μｍの粒径な有する合成石英ガラス粉末を得た。

加水分解に使用したメチルシリケートから生成するシリ
カを基準にしたときの収率は僅か５％であった。

（比較例２） 前記比較例１において、焼成して得られた粒状ゲルをア
ルミナ製ボールミル及びボールを用いて粉砕した。得ら
れた石英ガラス粉末の平均粒径は、　２０５鉢ｍであっ
た。

その後、この石英ガラス粉末を分級して、７５ｇｍから
３００ｇｍの粒径を有する合成石英ガラス粉末を得た。

加水分解に使用したメチルシリケートから生成するシリ
カを基準にしたときの収率は１９％であった。

また、不純物含有量を測定したところアルミニラムが３
２ｐｐｍ含まれていた。

［発明の効果］ 本発明によると、 （１）　　機械的粉砕工程が不要であるのて、不純物の
混入を防止することができるとともに、（２）　　簡単
な操作で高純度品を得ることができるとともに、生成す
る粉末の粒度分布がシャープであるので、収率が高い、 等の種々の利点を有する工業的に有用な石英ガラス粉末
の製造方法を提供することがてきる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）珪酸エステルと前記珪酸エステル中のアルコキシ
   基の０．５倍当量以上の水との混合溶液に、粒径４００
   μｍを超える粒子の含有率が１０重量％未満であり、か
   つ粒径２０μｍ未満の粒子の含有率が５０重量％未満で
   あるとともに、使用に供される前記珪酸エステルと同量
   の珪酸エステルを焙焼したときに生成するシリカ重量に
   対して１０重量％以上の珪酸質粒子の分散された分散液
   をゲル化させた後、ゲルを乾燥し、その後、焼成するこ
   とを特徴とする石英ガラス粉末の製造方法。